中國(guó)粉體網(wǎng)訊  高純氧化鋁陶瓷基板因其生產(chǎn)加工技術(shù)成熟、成本低廉，耐熱沖擊和電絕緣性好以及與金屬附著性良好等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的基板材料,，也被廣泛應(yīng)用于星載微波信號(hào)傳輸通道、有源器件安裝載體以及功率芯片的散熱通道等電子載荷單機(jī)中,。

來源：艾森達(dá)

作為組成航天器的最基本單元,，航天器材料的性能水平將直接影響航天器在軌的可靠性。而高純氧化鋁基板制備過程中往往會(huì)出現(xiàn)如下問題：

（1）高純氧化鋁粉體經(jīng)過流延,、干燥剪裁,、多層疊片、等溫靜壓處理,、燒結(jié)等多道復(fù)雜工序的得到的薄膜氧化鋁陶瓷基板,，材質(zhì)純度低，將會(huì)增大介電損耗導(dǎo)致電路性能降低,。

（2）材料機(jī)械強(qiáng)度弱,，則會(huì)導(dǎo)致薄膜電路產(chǎn)品在組裝和試驗(yàn)過程中出現(xiàn)裂紋、材料本體剝落等問題,。

（3）陶瓷基板表面缺陷會(huì)造成在其上制作的電路膜層的局部附著力惡化,，線條邊緣毛刺等質(zhì)量問題，影響電路信號(hào)質(zhì)量,，甚至造成產(chǎn)品多余物,。

因衛(wèi)星在軌不可維修性和高可靠性要求，種種問題限制了國(guó)產(chǎn)氧化鋁基板在星載微波組件中的應(yīng)用,。因此高純氧化鋁基板的特性對(duì)于微波電路的使用至關(guān)重要,。

高純氧化鋁基板制備要點(diǎn)

經(jīng)研究實(shí)踐可知，溶劑體系,、流延膜帶厚度以及脫粘燒結(jié)工藝參數(shù)等是制備過程的關(guān)鍵,，其控制是否妥當(dāng)會(huì)影響最終基板的厚度及厚度均勻性、外觀質(zhì)量和表面粗糙等工程應(yīng)用指標(biāo)。

高純氧化鋁基板的制備工藝流程

1,、流延漿料溶劑體系的優(yōu)化

溶劑的主要作用是溶解粘接劑、增塑劑和其它添加劑,，分散粉粒,，并為漿料提供合適的粘度。不同溶劑體系對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性不同,，且會(huì)影響配制漿料的固含量,、流延膜片表面狀態(tài)及成膜效果。在分散劑,、粘結(jié)劑和塑化劑固定的前提下,，不同溶劑體系的流延成型狀態(tài)差異較多。

流延成型工藝流程圖

比如,，無水乙醇空氣中易揮發(fā),，漿料在流延過程中很容易結(jié)膜，流延膜片也容易開裂,。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn),，開發(fā)出新的復(fù)合體系溶劑。如,，固定溶劑為無水乙醇+乙酸丁酷的復(fù)合體系溶劑,，固含量在56 wt.%附近，漿料粘度在5Pa·s左右,，流變性能好,，適合流延�,？捎糜谥苽錆{料可獲得高固含量漿料,，且能夠獲得性能穩(wěn)定的膜片。

2,、流延膜片的厚度控制

單層流延膜片的厚度影響到最終基板的厚度公差,。經(jīng)試驗(yàn)結(jié)果表明，流延膜片厚度主要受漿料狀態(tài)和流延刀口高度的影響,，隨著流延漿料固含量的提高,，燒結(jié)基板平均密度逐漸變大，寬度和厚度方向收縮率趨于穩(wěn)定,。根據(jù)這一規(guī)律,，精細(xì)調(diào)控固含量和燒結(jié)溫度可精確控制燒結(jié)基板的最終尺寸。

3,、基板的外觀和平整度控制

良好的外觀和平整度是高純氧化鋁基板工程應(yīng)用的基礎(chǔ),，影響基板外觀和平整度的因素很多，其中疊層、脫粘和燒結(jié)是關(guān)鍵環(huán)節(jié),。

3.1 流延膜片的疊層工藝控制

為避免流延膜片在疊層和溫等靜壓處理過程中出現(xiàn)表面缺陷和平整度的問題,，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比，確定采用以下途徑：1）采取寬膜帶疊層,、等靜壓后裁剪中間部位,，避開流延膜帶邊緣的缺陷和不平整區(qū)域；2）采用鋼化玻璃板作為疊層載體,，將流延素坯平鋪在鋼化玻璃板上,，疊層時(shí)控制載帶上取下的每張膜片上下表面均保持統(tǒng)一方向。鋼化玻璃載體等措施明顯減少了膜片表面微觀缺陷,，有效提高外觀質(zhì)量和平整度,。

3.2 素坯脫粘工藝控制

脫粘的作用是去除素坯內(nèi)的有機(jī)物。為有效利用爐膛空間,，同時(shí)解決素坯脫粘過程的翹曲和開裂問題,，基板素壞在爐膛內(nèi)是采取疊放脫粘方式。經(jīng)過多種實(shí)驗(yàn)表明,，最終確定疊層無蓋板模式可兼顧效率和防止翹曲開裂,，采用疊層+無蓋板脫粘方式，進(jìn)一步優(yōu)化了脫粘過程疊層層數(shù),，最高層數(shù)最終確定為5層,。

3.3 燒結(jié)工藝控制

燒結(jié)是氧化鋁陶瓷基板制備的較為關(guān)鍵的一道工序，由于燒結(jié)溫度較高,，雜質(zhì)容易碳化,，為避免基板被污染，蓋板和墊板的選擇很重要,。經(jīng)試驗(yàn)確定,，蓋板采用多孔高純氧化鋁陶瓷，墊板采用致密高純氧化鋁陶瓷,，使用前均需超聲清洗,。

不同燒結(jié)方式基板狀態(tài)統(tǒng)計(jì)

從上表可以看出，采用多片疊加并用多孔蓋板進(jìn)行隔離,，不僅可以提高爐膛利用率,，燒結(jié)基板也容易剝離，且燒結(jié)基板具有較高的平整度,。優(yōu)化后的燒結(jié)方式,，保證了基板產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和平整度，通過進(jìn)一步調(diào)節(jié)燒結(jié)溫度,，實(shí)現(xiàn)了與進(jìn)口基板性能相近的高純氧化鋁基板的制備,。

燒結(jié)基板的表面（左）和斷面（右）顯微結(jié)構(gòu)

近年來,，隨著我國(guó)陶瓷材料研制技術(shù)水平的提升國(guó)產(chǎn)高純氧化鋁陶瓷基板性能已達(dá)到或超越國(guó)際同類產(chǎn)品。雖然國(guó)產(chǎn)高純氧化鋁基板的制造水平明顯提高,，但其是否滿足星載產(chǎn)品的高可靠應(yīng)用需求,，還需大量試驗(yàn)驗(yàn)證。

參考來源：

王平等：高純氧化鋁基板的制備要求與宇航應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)踐.空間電子技術(shù)

王平等：星載微波電路用高純氧化鋁基板的工藝適用性驗(yàn)證技術(shù).宇航材料工藝

中國(guó)粉體網(wǎng)：陶瓷流延成型好壞,，往往“料”說了算

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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